平成5年度 研究報告 大分県工業試験場（2）（ア）多孔体セラミックスの開発研究
機械部 吉 浦 洋 之

要 旨

セラミックメッシュの作製方法として金網を任意の形状に成形し、その表面にセラミックスをコーティソグし、乾燥、焼成工程の方法と発泡ウレタン樹脂を用いてその表面にセラミックをコーティソグし、乾燥。焼成する方法について、昨年その一部を発表した。

今年度は発泡ウレタン樹脂を用いた多孔体セラミックメッシュを作製する方法及び評価方法を中心に検討した。
その結果、発泡ウレタソ樹脂の網削こよって最終のメッシュが決定される。また発泡ウレタソ樹月旨の表面に泥奨セラミックスをコーティソグする場合、セラミックスの粘性が最も重要であり、1〜2層は高い粘性を3層以降は徐々に粘性を下げる。なお気孔率はセラミックスの付着量と粘性をコントロールすることにより決定される。更に焼成温度は発泡ウレタン樹脂がガス化する300℃までは100℃／時間でゆっくり昇温し、昇温後は300℃／時間当たりの昇温速度で加熱し、900℃で一次焼成は完了する。
また、セラミックスの材質によっても異なるが曲げ強度は焼成温度が高く、セラミックスコートの厚い程強度が高いことが判明した。

TiO2：1．9％）

一 緒 言
県内には石灰石、エメリー、オリビンの他多種多様のムライト（A120。‥48．6％、Fe20。：1．7％、S主02：45．8％、TiO2：1。9％）セラミックスが産出しているが、そのうちでも付加価値の高い製品開発について石灰石では研究を進めているが、オリビン（SiO2ニ38。7％、MgOニ45．8％、Fe20。：9。2％）

ェメリー、オリビン等のセラミックスについて研究の取り組みが遅れており、今後の開発研究課題である。

珪そう土（SiO2：56．5％、A120。：20．7％、Fe20。：7．68％）

本実験ではセラミックスの傲粉体に媒体としてコロイダルシリカを用いて凝集し、所定の平均粒子径を有する造粒体を泥奨状態で準備する。次に連続気孔を有する発泡ウレタン樹脂の表面へ先に準備した泥寮セラミックスコロイダルシリカ（SiO2：30％懸濁水）（2）成形方法

多数の内部空隙を有する三次元網状態として、可焼性を被覆し、乾燥後焼成すると発泡ウレタソ樹月旨がガスイヒ

網状エステル型ポリウレタソ発泡体を使用した。この三し、空隙が生じる。この空韓とセラミックス自体の多孔次元網状体の空隙表面にバイソダーとしてコロイダルシ性が加味され、連続気孔を生ずるため、ロ過用フィルター、リカを添加して年度を6．25poiseに調整したジルコソ、消音材、吸着材等多方面への利用がある。

ムライト、オリピソ等の各泥費セラミックスを第一層としてコ…ティソグした。

次いで第2層以降は第1層よりも低い粘度5。Opoiseに2 実験方法

調整した前記と同様の泥寮セラミックスをコーティング（i）供試材

県内産出のセラミックスほエメリー、オリビン、珪そして一定の厚みを確保後、常温から80℃の温度で1〜2う土等を用い県外産としてほジルコソ、ムライト等を用時間乾燥し、次いで300℃に3時間で昇温後、更に3時いた。またバインダ…としてはコロイダルシリカを用い、間で900℃に昇温する。昇温後は炉冷すると三次元網状以下にその主な成分を示す。

体の発泡ウレタン樹脂は焼失し、多孔体のセラミックメッ

ジルコソ（ZrO2：66．16％、SiO2：32．58％、A120。：0。3％、TiOz：0，123％）
エメリー（SiO2：45．8％、A120。：47。9％、シュが形成される。
（3）サソプルの作成

可焼成網状エステル型ポリウレタン発泡体を20×20×−17一

平成5年度 研究朝告 大分県工業試験場

100mmに切断してセラミックスをコーティソグ後乾燥、

図3ほ回転粘度計による粘度（poise）とセラミックスの付着量を示す。

焼成してサンプルに供した。

本実験に用いたジルコソにバインダーとしてコロイダ（4）焼成工程セラミックコーティソグしたウレタン発泡体の焼成でルシリカを用い、濡れ性を付与するため、界面活性材は、燃焼ガスの発生により、セラミックスが破損または（ビクターウェット）を用いた。

剥離するため徐々に昇温することが肝要であり、特に水また試験片の材質は発泡スチロールの板（50×50×4分を完全に蒸発し、乾燥することが重要である。一mm）を用い、85℃×2時間の条件で乾燥し、秤量した。
その結果6〜12poiseの粘性では0．03g／cm2のセラミッ因1にその焼成工程を示す。

クスの付着量であり、粘性を高くした16poiseでは0．038g／cm2の付着量であることが判明した。
目的の厚みを確保する場合は、1回ごとに乾燥して塗り重ねることである。また粘度が22以上は粘性が高すぎて均一の付着は困難であると同時に前回コーティングしたセラミックスとの界面において剥離現象が発生する。
この現象は前回にコーティソグしたセラミックスが水分時

間

図1 セラミ、ソクスの焼成工程を吸収するためであり、ある程度粘性が低く水分の多い泥衆を付着することが重要と思われる。

3 実験結果及び考察∩リ

昼

生産現場では簡易的なザーソカップを用いるが測定によ

・4

転粘度計による粘度とザーソカップ5号との比較である。

00

図2は、泥菜セラミックスの粘性を測定するために回︵むS膚Od︶（1）粘度の調整及びセラミックスの付着量る個人誤差が多いため回転粘度計を用いて比較した。
その結果、通常ザーソカップでは、ユ2〜15砂を目安にして粘性を調整する泥費セラミックスは6〜10の粘度（poise）から17poise位であることが回転粘度計により0．Oi

O．02

0．03

セラミックスの1こi豪農（尽／Ⅷ＝）判明し、正確に測定する事ができた。
また、粘度の算出式は図示している通りである。

図3 泥奨セラミックスの粘性と付着量の関係（2）セラミックスの焼成温変と曲げ荷重の関係
図4はジルコソによる曲げ荷重を示したものである。
サンプル作成についてユ〜2回は16．25po亘seの粘性でコ仙ティソグし、3層以降は0．5poiseの粘性で中心部分尚歯げ試験器はMXS精密力量測定器を使用した。

ハU︵髭呵〇軋︶ 戦諾

ATまで均一にコーティソグしたサンプルを使用した。

その結果、セラミックスの付着重量50gで約50N、60
仁Ugで約120N、70gで200Nとなり、それ以上では急速に荷重が拡大する。このことばセラミックスの付着量が増2

468 川 12 監4 盲6 18 20（秒）図2 回転粘度計による粘度とザーンかソプの関係−18−

すほど高い荷重となる。しかし気孔の多いセラミックスであるだけに単位当たりの重量における荷重を求めることはできない。

0．84

平成5年虔 研究報告 大分県工業試験場

は1200℃以上は溶融したため途中で実験を中止した。このゼオライトは人工的に合成した試料であるため、天然産より若干弱いものと思われる。ジルコソは800℃で150Nが、1500℃では330Nとなり、比較的均一に上昇している。最も高い値を示したのがムライトである。若干のバラツキはあるものの1300℃では400Nの最大値を示し、それ以上の温度では下る傾向にあり、1500℃ではジルコソと同じ330Nとなった。この原因として、Fe20。、TiO2等の含有量がジルコソより多く、融点が下がった
305048

重60

量708090 i00

ために一部溶融状態になったものと思われる。

（g r〉

図4 ジルコン800Dc焼成による曲げ強度の関係
0︹∧‖＞dハ∴■

顔料ご︺竜サソプル（発泡ウレタソ樹脂＋泥奨セラミックスを完︵Z︶減量を示したものである。

lし

図5は各種セラミックスのサソプルを焼成したときの全に乾燥した状態から900℃焼成したときの減量）の重量は各セラミックスについて異なるが平均50〜60gを使加用した。その結果、比重の高いジルコソは2．8％の1g参15祝

図6 各種セラミックスの焼成温度による曲げ強度の関係となり、ジルコソに比較して高い値となった。更にゼオ作成する場合均熱源量を考慮に入れて作成する必要があi4視

焼成温度 （■c）

lossであるが、オリピソ、エメリーについては4〜4．5

ライトは5．5％の1g・lossとなった。従ってサソプルを減 1㈱ 11祝 12髄 13勘（3）セラミックスの重量に対する気孔率の関係

図7はセラミックス（ジルコソを用いた）の重量に対する気孔率を示したものである。

る。

気孔率の測定にほメスシリンダーを用い一定量水を入れ、その中にサソプルを投入し、一定時間吸収後水の増加量から求めたものである。算出式については図中に示す。
この結果、30gと付着量の少ないセラミックスは気孔率80％であった。50gでは65％、70gでは55％■、90gでは祖5％となり、セラミックスの重量が増すほどほぼ直線的に気孔率は低下傾向にある。

シ′舟コン ケイソウ㌢■ ムライト 朗ヒ′ノ エメ；j− セ 貴ライト

気孔率 p＝（Å−m）／AXlOO

各種セラミックス

図5 各種セラミ、ソタスの焼成減量︑ ﹂． 一

この中でケイソウドユはアルカリ処理を施して焼成し掛商採までの焼成温度に対する曲げ強度を示したものである。

︵宗︶

図6は6穫頸のセラミックスを用い800℃以上1500℃￣
rp：那L率［％］
A：坂の俸読［mmつ］

・ニ．i 8辱 ＼＼こ甘サ

Lつ］

m：n〉〈hh：増水した水の高さ〔mmコたもの、ケイソウド2は無処理で焼成したものである。
いずれも1300℃位まではほとんど変化なし、それ以上に焼成すると200N程度に上昇する。ゼオライトについて

弓 ＼n：水槽の体積［mmユ〕0」− 」

3040

5日

SO

7080gO （g）

図7 セラミックス重量と気孔率の関係】19−

平成5年虔 研究報告 大分県工業試験場（1）8000c焼成（2）16000c焼成

写真1 セラミックメッシュ気孔の状況−20−平成5年度 研究報告 大分県工業試験場

以上は濃度をうすくすることが重要である。

（4〉セラミックメッシュの電子顧徴鏡観察

写真1は気孔率60％、ジルコソ重量55〜60gの標準試（3）セラミックスの焼成温度と曲げ荷重についてセラミックスの重量が増すほど曲げ荷重は高く、焼成料としたものであり、800℃と1600℃焼成時の2通りに温度が最も高い程曲げ荷重は高くなる。材質的にはムラついて顕微鏡観察を行った。

イトが最も高く、ジルコソがそれに次く小が1500℃焼成で

写真1−1はサンプル（20×20×100mm）の端から10mm部分を切断し、その断面を15倍に拡大したSEM像は同一値となった。

である。中央より左側の黒い穴は左右に貫通しており、（4）セラミックスの気孔率についてサソプルの重量が50gのとき65％の気孔率、90gでは右側の穴は封孔しているが左側の穴とは貫通している。
また左側の穴を取り囲む外側の三角状になった先の尖っ45％の気孔率となり、セラミックスの付着量が増すほどた孔の状態が観察される。この三角状の硬派発泡ウレタ

直線的に気孔率は低下傾向にある。

ンがガス化して空洞部分が生じたためである。（気孔面（5）電子顕微鏡観察が2〜3mmX立体形）

気孔率60％で、ジルコソの重量50〜60gを標準とした

しかし写真2−1では発泡ウレタソの空洞部分は僅か800℃と1600℃焼成のSEM像観察では、発泡ウレタン樹に残っているのみである。この現象は1600℃焼成によっ脂の焼失した空洞が800℃でほ、はっきりした発泡ウレてセラミック粒子は焼結し、収縮したためと思われる。

タン樹脂の形となっているが、1600℃では焼結により部

このことば図6からも裏付けられるように焼成温度が分的に形が残っている。更に1000倍に拡大した写真では、高いほどセラミック粒子は焼結し密となって、曲げ強度800℃では未焼結なのに対し、1600℃では完全に焼結し、も高くなるためである。

粒子間の空隙が認められなかった。

写真1−2は発泡ウレタンが焼失した部分を200倍に拡大した像である。

5 おわりに多孔体セラミックメッシュの作成方法として、三次元

写真2−2も1−2と同様に発泡ウレタンの焼失した近傍であるが1…2に比較してセラミック粒子は焼結し網状の可焼成網状エステル型のポリウレタン発泡体を用ているがその他の部分は小さな空隙が観察される。

いてセラミックメッシュを作成したが粘性の標準化、焼写真1−3は、1−2の近傍を1000倍に拡大した像で成、気孔率等一定の評価が得られたため、産業界への移転を図り、成果を得たが更に推進していきたい。

ある。セラミック粒子は未焼結状態であるのが観察され、なお、本研究に使用した走査型電子感激鏡は日本自転

800℃焼成による曲げ強度が1600℃よりも低いことが裏車振興会から、競輪収益の一部である鶴城工業振興資金付けられる。

写真2−3は、2−2と同様の箇所について1000倍にの補助を受けて設置したものである。

拡大した像である。セラミック粒子は、完全に焼結し、粒子間には空隙はみられなく、密着しているが、ガス孔

参考文献①吉浦洋之‥大分県工業試験場平成4年度研究報告

は大きく観察させる。

（1993）、l まとめ（1）セラミックスの焼成について

発泡ウレタン樹脂の焼失によるガスの発生でセラミックスが膨張L、破損するため、ゆっくりと昇温することが重要であり、600℃までは特に注意を要する。
（2）セラミックスの粘度について

回転粘度計を用いてセラミックスの粘度を測定した結果、1〜2層は6〜12poiseの粘度でセラミックスの付着量は一回当たり0．03g／cm2が適当である。なお3層
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